超材料研發出光學隱形斗篷!

導讀:最近斯坦福大學的工程師設計了一種“隱形”超材料,其結構在設計上可以引導電磁波繞過物體,只讓它們在物體的另一側出現,就好像穿過一個空無的空間,達到讓物體隱形的效果。最可喜的是,這種材料的色域折射範圍幾乎囊括了各種可見光的顏色。

還記得電影《哈利波特》中的隱形斗篷嗎,這種斗篷的原理是,使用可以對普通光波波長達到負折射指數的材料, 比如把從紅色變成紫色,跟周圍環境融為一體。通常這種人工結構的光學材料,限制了隱形的顏色範圍,某種材料只對特定顏色有隱形作用。

但斯坦福大學的工程師設計了一個顏色控制域超寬的超材料,超材料的結構在設計上可以引導電磁波繞過物體,只讓它們在物體的另一側出現,就好像穿過一個空無的空間,達到讓物體隱形的效果。最可喜的是,這種材料的色域折射範圍幾乎囊括了各種可見光的顏色。

之前杜克大學製造的第一個隱形斗篷,是通過彎曲物體周圍的光線來達到隱形目的的,如下圖示意,當然實際的隱形過程要復雜地多。而且當時你不能控制隱形的是哪一部分,只能保證有一部分是隱形的。

為了達到有效的隱身,你必須對所有的光波波長達到顯著控制的能力,而這個是由光學材料決定的,通常都是納米級別的,本質上是一些微小的電磁場和電路,但能處理光的電場和磁場。

全新的超材料

以前試驗過的超材料可以控制的波長是非常有限的,斗篷也只對幾種特別的光具有隱形功能,比如黃色的時候效果就特別不明顯。但斯坦福大學的團隊設計了一種新型的超材料,其結構優勢允許材料有效處理多種顏色下的電場和磁場。

材料中使用到的技術叫做“保角變換”(又稱保角映射),根據材料的屬性,可以把一個二維材料“折疊”成一個三維納米級的對象,形狀就像一彎新月,但是保留了那些光的原始性質。

新的斯坦福超材料由一個三維週期性陣列組成,來源於三種人工的納米粒子。進入到可見光的時候,材料會顯示出負折射指數(光會朝著相反的方向折射)的特性,比如可以把藍色變成紅色。實驗的結果證明,除了那些非常極端的可見光譜,一般的光譜都可以成功進行負折射。

經過後續的一些調整處理後,這個材料將會對整個可見光譜的作用非常大,斯坦福大學表示,基於這個原理某一天製造真正的隱形斗篷將是非常容易的,當然是相對於人眼來說的,

不過這些可以自由控制光的超材料將來會帶來什麼呢,這是非常讓人期待的,混亂還是便利?


資料來源:雷鋒網

如果喜歡我們的文章,請即分享到︰

標籤: 超材料  光學隱形斗篷